生物炭早期植物毒性评估培养方法研究

为更加科学地评估生物炭潜在植物毒性,采用生物炭(B)、生物炭+土壤(B+S)、生物炭水浸提液+土壤(AE+S)、生物炭+石英砂(B+Q)、生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)5种不同的培养方法进行早期植物毒性效应实验。比较分析不同培养方法中西红柿种子发芽率、根长、芽长对生物炭的响应。结果表明:在5种培养方法中,随生物炭剂量增加,西红柿种子发芽率、根长、芽长呈现先增后降的变化趋势。虽在低剂量生物炭处理下(10.0 g·kg~(-1)),种子萌发表现出促进作用。但随剂量增加,除B+S和AE+S外,均表现出一定的抑制作用,且当剂量为160.0 g·kg~(-1)时,抑制作用达到最大。对比有土和无土培养方法中种子萌发情况发现,在高剂量下,无土培养方法中种子发芽率,根、芽生长所受抑制作用显著高于有土培养方法。无土方法中,尤其AE+Q方法中,高剂量生物炭对种子发芽率、根长、芽长表现出最大的抑制作用,其中发芽率抑制率为91.1%,根长抑制率为77.7%,芽长抑制率为93.7%。综合比较分析,生物炭水浸提液+石英砂(AE+Q)的培养方法干扰因子少,可提高毒性响应灵敏度。因此,在生物炭早期植物毒性效应评估中,该法可作为推荐的培养方法。     

裂叶牵牛浸提液对几种种子萌发的化感作用

采用生物测定法研究了裂叶牵牛[Ipomoea hederacea(L.) Jacq]水浸提液对小麦(Triticum aestivun L.)、白菜(Brassica pekinenss Rupr.)、早熟禾(Poa angustifolia Linn.)、鸡冠花(Celosia cristata L.)种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明:(1)质量浓度为0.04 g·mL-1,0.08 g·mL-1,0.16 g·mL-1的裂叶牵牛水浸提液对小麦、白菜、早熟禾、鸡冠花均有抑制作用,抑制作用随着裂叶牵牛水浸提液质量浓度的增加而增强;(2)质量浓度为0.16 g·mL-1的裂叶牵牛水浸提液对四种种子萌发和幼苗生长具有很强的化感作用,SE值均达100%.     

生物炭与磷肥配施对棕壤中Cd形态及其有效性的影响

通过实验室模拟Cd污染棕壤,探讨单施不同量(20和40 g·kg~(-1))花生秸秆生物炭(PB)和棉花秸秆生物炭(CB)、20 g·kg~(-1)磷肥(P)以及两者配施对污染土壤p H值及5种形态Cd含量变化的影响,分析生物炭、磷肥及其联合作用对棕壤Cd生物有效性的影响机制。结果表明,单施磷肥可显著降低土壤p H值(较CK降低14.64%),单施生物炭以及两者配施均可提高土壤p H值(较CK增加0.99%~24.67%),以单施40 g·kg~(-1)花生生物炭处理土壤p H值增幅最显著。单施磷肥显著降低土壤可交换态、碳酸盐合态和铁锰氧化物结合态Cd含量,增加有机结合态和残渣态Cd含量;单施生物炭和配施处理均可使土壤可交换态Cd含量显著减少,碳酸盐结合态Cd含量显著增加(49.76%)。在相同施炭量(20 g·kg~(-1))下,配施处理土壤有效态Cd含量的降幅高于单施处理,且花生秸秆生物炭与磷肥配施处理效果优于棉花生物炭与磷肥配施,Cd活性系数分别为0.150和0.236,即20 g·kg~(-1)花生秸秆生物炭+20 g·kg~(-1)磷肥(P+PB_2)混合处理最有利于降低土壤Cd生物有效性。     

环草隆与重金属复合污染对黄瓜及小麦的毒性效应评估

为探究草坪除草剂与重金属复合污染对高等植物的生态毒性效应,以小麦与黄瓜为敏感受试植物,采用滤纸发芽试验法,研究了典型草坪除草剂环草隆与4种重金属(Cu/Zn/Pb/Cd)单一及复合污染条件下,对2种植物种子萌发与幼苗生长的毒性效应并进行评估。在此基础上采用评估因子法外推环草隆在土壤中的预测无效应浓度(PNECsoil)。结果表明,2种植物的根长及小麦的芽长对环草隆与重金属非常敏感(P<0.01),且存在明显的剂量-效应关系。黄瓜根长对环草隆最敏感,根长半抑制浓度(RI50)为0.281 mg·L-1。小麦根长对Cu、Pb、Cd比黄瓜根长更敏感。环草隆与重金属复合污染时,黄瓜根长表现得最为敏感,可作为敏感生物标记物。环草隆与重金属复合污染对小麦及黄瓜根长抑制具有协同作用,并且随着重金属浓度的增大,黄瓜和小麦根生长对环草隆的敏感性增加。环草隆与重金属复合污染对小麦芽长的联合效应主要与重金属种类及其暴露浓度有关。以黄瓜的根伸长抑制率为急性毒性终点,利用外推法计算得环草隆在土壤中的PNECsoil为1.90μg·kg~(-1),远远低于环草隆田间推荐使用量1.5~9 mg·kg~(-1)。与重金属复合污染时,环草隆的PNECsoil明显降低,导致其生态风险提高。上述研究结果能够为草坪除草剂环草隆与重金属复合污染的生态风险评价提供数据支持。     

4种有机物料对铅胁迫下小麦生长及产量特征的修复效应

农田土壤铅(Pb)污染对作物的生长及光合的动态变化、产量特征以及品质安全都有影响,向污染土壤中施用有机物料能够改变重金属生物可利用性以及土壤结构和养分组成,对缓解作物生长发育所受胁迫具有现实意义。采用盆栽试验方法研究了4种有机物料即秸秆、鸡粪、菌渣和生物炭对600 mg·kg~(-1) Pb胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)生长及产量特征的影响,并分析了小麦籽粒中Pb质量分数及富集系数的变化,为不同有机物料在农田Pb污染修复中的应用提供理论基础。结果表明,越冬期Pb处理对小麦生长有促进作用,而后期则显著降低了花后15 d的F_v/F_0,以及成熟期小麦干物质积累量、穗长、穗粒数、穗粒重、产量,同时提高了籽粒中Pb的质量分数,达到0.826 5 mg·kg~(-1);在污染土壤中添加6 g·kg~(-1)鸡粪显著提高了成熟期小麦的干物质积累量、穗长和产量;添加150 g·kg~(-1)菌渣显著促进了花期和成熟期小麦根伸长和干物质积累,提高了成熟期穗长、穗粒重和产量,该处理下单盆作物产量最大,达到23.22 g·pot~(-1),其成熟期土壤和籽粒中Pb质量分数也最低,分别为466.06 mg·kg~(-1)和0.493 1 mg·kg~(-1);添加50 g·kg~(-1)生物炭后小麦花后15 d和30 d的净光合速率(Pn)分别提高了26.30%和15.41%,花期株高和成熟期干物质积累量、穗长、穗粒数、穗粒重、产量也显著提高,同时籽粒中Pb质量分数显著降低;添加3 g·kg~(-1)秸秆的处理对小麦生长的影响不显著。     

菊花植株水浸液对生菜幼苗根系形态特征的化感作用

为探讨菊花(Chrysanthemum morifolium)的化感作用,以生菜(Lactuca sativa L.)为受体植物,采用培养皿法研究了不同质量浓度(0、2、4、6、8mg·m L~(-1))菊花水浸液处理对生菜幼苗根系形态特征的影响。结果表明,质量浓度为4、6、8mg·mL~(-1)处理极显著抑制了总根长的生长,总根长分别比对照减少了15.01%、16.95%、35.72%和37.80%;菊花水浸液对平均根系直径的促进作用达到极显著水平,平均根系直径分别比对照增加了3.38%、18.14%、12.65%和34.85%。质量浓度为8mg·m L~(-1)的水浸液对根系投影面积和总根表面积具有极显著的抑制作用,分别比对照减少了24.66%和24.70%;水浸液对总根体积和根尖数没有显著的影响。研究还表明,水浸液对生菜幼苗根系生长总体上表现出化感抑制作用,且随着水浸液处理质量浓度的增加,综合化感效应指数呈增加趋势,显示出化感抑制作用逐渐增强的趋势。水浸液综合化感效应指数的顺序为8mg·m L~(-1)4mg·m L~(-1)6mg·m L~(-1)2mg·mL~(-1)。不同根系形态指标的平均综合化感效应指数有如下的顺序:总根长(-0.264)平均根系直径(-0.139)总投影面积(-0.134)=总根表面积(-0.134)根尖数(-0.094)总根体积(-0.086)。上述结果表明,菊花具有较强的化感潜力,可为实现现代园艺产业优质、高产、低耗和环保的可持续发展提供理论依据。     

生物质炭对土霉素胁迫下小白菜种子萌发的影响

采用土培模拟污染实验,将甘蔗渣炭、菠萝渣炭和木薯渣炭分别以0%、0.1%、0.5%和1.0%的炭土比添加到砖红壤中,研究土霉素胁迫下小白菜种子萌发效应。结果表明:(1)生物质炭促进种子萌发;土霉素在0~300 mg·kg~(-1)胁迫下种子发芽率未受明显影响,300~500 mg·kg~(-1)时受轻微抑制。(2)土霉素为0~100 mg·kg~(-1)时对种子根及芽伸长呈促进作用,促进率最高达33.05%。100~500 mg·kg~(-1)呈抑制效应,最大抑制率63.98%;种子对土霉素的敏感顺序依次为:根伸长>芽伸长>发芽率。(3)在土霉素胁迫下炭土比与种子根伸长呈显著正相关。3种生物质炭对小白菜种子根及芽伸长的促进效果呈:木薯渣炭>菠萝渣炭>甘蔗渣炭。(4)生物质炭和低浓度土霉素共同促进小白菜萌发,对高浓度土霉素毒性有缓解作用。     

FeAl-LDHs/生物炭修复镉污染土壤及作用机制

通过考察生物炭、FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料对土壤中镉的钝化效果,筛选出最佳的钝化材料并分析其钝化机理,为土壤中镉钝化剂的筛选提供理论依据。采用水热法制备了FeAl-LDHs和FeAl-LDHs/生物炭复合材料,分别添加0.4 g FeAl-LDHs、FeAl-LDHs/生物炭复合材料及生物炭于10 g 5、10、20 mg·kg~(-1)人工模拟镉污染土壤,采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸取法、毒性特征浸出实验(TCLP)以及改进的BCR连续提取法评价不同材料对土壤中镉的钝化效果,同时考察了FeAl-LDHs/生物炭复合材料钝化镉的稳定性。采用SEM、N_2吸附、FTIR、XRD等手段分析所制备材料的形貌结构和理化特性,揭示复合材料钝化镉的作用机制。结果表明,与FeAl-LDHs和生物炭相比,FeAl-LDHs/生物炭复合材料对DTPA-Cd和镉浸出毒性有较好的钝化效果,其中添加复合材料后5 mg·kg~(-1)镉污染土壤DTPA-Cd含量降低90.08%,浸出毒性降至0.044 mg·L~(-1),反应达到56 d时,镉污染土壤中DTPA-Cd和浸出毒性没有明显增加,5 mg·kg~(-1)土样浸出毒性维持在0.039mg·L~(-1),FeAl-LDHs/生物炭修复效果稳定性较好。这主要归因于生物炭大的比表面积和孔结构有利于表面LDH的负载和分散,为镉的钝化提供了更多的附着位点。同时,FeAl-LDHs/生物炭复合材料表面丰富的含氧官能团和金属-氧键能够与Cd~(2+)发生配位反应,可以促进土壤中镉由弱酸提取态向残渣态转化,降低Cd的生物有效性和迁移性。     

铜-磺胺嘧啶复合胁迫对蔬菜种子发芽的急性毒性效应

研究了黄潮土中常用兽药磺胺嘧啶(SD)与重金属铜(Cu)单一及复合污染对小白菜和西红柿种子发芽(发芽率、根伸长、芽伸长)的影响,分析了土壤中药物浓度与作物生长抑制的剂量-效应关系及复合污染的毒性效应。结果表明,无论是在Cu或SD单一污染物作用下,根伸长和芽伸长抑制率与污染物浓度显著相关(P0.01),发芽抑制率与污染物浓度不相关(P0.05);污染物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制;SD对2种作物的毒性效应明显强于Cu,SD对小白菜和西红柿根伸长的ID50(抑制率为50%时污染物浓度)分别为1.7和33.6 mg·kg~(-1),而Cu为273.6和457.7 mg·kg~(-1)。Cu-SD复合污染,对西红柿的根和芽伸长的拮抗作用显著(P0.01);但对小白菜来说,在低浓度Cu(100 mg·kg~(-1))作用下,二者的联合拮抗作用不显著(P0.05),随Cu的增加,拮抗作用显著(P0.01)。     

豆科牧草对4种农田常见杂草和水稻化感作用的研究

采用室内生测试验评价了白三叶、紫花苜蓿和毛苕子等3种豆科牧草新鲜茎叶的水浸提液对狗牙根、稗草、马唐和牛筋草等4种农田常见杂草种子萌发和幼苗生长的化感作用。利用盆栽试验研究3种豆科牧草的茎叶按不同比例与土混匀后对水稻秧苗生长的影响。结果表明：供体豆科牧草茎叶的水浸提液对狗牙根、稗草、马唐和牛筋草等的萌发率和幼苗生长均有不同程度的抑制作用,且随着水浸提液质量浓度的增加其抑制作用增强。浸提液质量浓度为0.1 g.mL-1时,毛苕子对稗草种子萌发的抑制作用强于其它3种,抑制率达50.8%;毛苕子对牛筋草幼苗根的抑制作用最强,抑制率达59.9%;白三叶对稗草幼苗茎的抑制率达54.3%。同时将豆科牧草的m（新鲜茎叶）-m（土）为1%和2%时,对水稻的苗高和地上部分的生物量有促进作用,3%时则抑制了水稻的生长。研究表明：施用适量的豆科牧草可以促进水稻生长,同时可有效控制稻田杂草。     

塑料地膜对小麦种子萌发及幼苗抗氧化酶系统的影响

研究了中国北方地区常用的塑料地膜对小麦Triticum aestivum L.种子发芽率,芽长根长及幼苗抗氧化酶系的影响以探明塑料地膜的毒性。结果显示500~2 500 mg.kg-1两种质量分数的塑料地膜处理对小麦种子的发芽率几乎不产生影响,在高质量分数（≥5 000 mg.kg-1）处理下小麦的发芽率有所下降。500~5 000 mg.kg-1的塑料地膜能促进小麦叶和根的伸长,但在高质量分数情况下则显著抑制了根和芽的延伸,其中15 000 mg.kg-1添加量下,叶和根的抑制率分别达到了16.70%和15.07%。小麦根系抗氧化酶活性对两种塑料地膜的敏感程度大于叶片。在高质量分数条件下,根系中超氧化物歧化酶（SOD）活性随暴露时间的延长明显受到了抑制。在经地膜1和地膜2处理后,小麦叶片中过氧化物酶（POD）及过氧化氢酶（CAT）活性在不同暴露时间和不同质量分数下没有显著差异,但地膜1处理后的小麦根系中的POD随暴露时间的延长呈先降低后增加的趋势,而CAT活性变化不大。地膜2处理后的小麦根系中的POD和CAT活性随暴露时间的延长而降低。结果表明,高质量分数塑料地膜的处理会对小麦早期幼苗的抗氧化酶系统产生毒害作用。     

铬胁迫下不同品种小麦萌发和内源激素的变化

采用K2(CrO4)3溶液,设5个浓度,对3种不同抗性的小麦品种(新麦19、矮抗58和豫麦18)进行萌发期胁迫处理,研究了幼苗的发芽势、发芽率、根长、芽长及内源激素含量的变化.结果表明:(1)随着铬浓度的增加,发芽势、发芽率和芽长均基本呈"先升后降"趋势;(2)同一浓度铬处理下,发芽率、发芽势和芽长从大到小的顺序依次为:新麦19、矮抗58、豫麦18,根长从大到小的顺序为:豫麦18、新麦19、矮抗58;(3)150 mg L-1的铬胁迫下,IAA与ABA在小麦幼苗、幼根中含量降低,在籽粒中含量升高,其中新麦19籽粒和根芽中ABA含量均高于其他品种的;(4)不同浓度铬胁迫下,IAA/ABA值在新麦19中最低,变化幅度最小,新麦19表现出较强的抵抗铬胁迫能力.图3表1参20     

洞庭湖湿地Cd富集植物蒌蒿(Artemisia selengensis)的耐性生理机制研究

采用盆栽植株和外源Cd胁迫的方法,分别对不同生长期蒌蒿植株根、叶组织中的抗氧化酶活性、可溶性蛋白及MDA含量进行测定,以揭示蒌蒿在Cd胁迫下的抗氧化机理和耐受机制。研究结果表明,Cd胁迫对上述生理指标均有显著影响:≤20mg·kg-1的Cd处理可使幼苗期植株器官中的可溶性蛋白含量增加16.5%～19.1%,100mg·kg-1的Cd含量水平则导致其含量减少近30%,可溶性蛋白含量的变化与植株的生物量积累关系密切;3种酶活性在0～10mg·kg-1的Cd处理下未显示出明显变化,幼苗期植株CAT、POD活性在10～80mg·kg-1的Cd胁迫下增加明显,高于此浓度范围则使酶蛋白受到破坏而失活,中等含量水平(≤40mg·kg-1)的Cd处理经过长时间作用可使植株逐渐适应胁迫环境,胁迫强度较大的Cd处理可显著提高SOD酶的活性;Cd胁迫过程中植株MDA积累量不断增加。3种抗氧化酶活性的增强在蒌蒿植株耐受Cd胁迫方面能起到较好的防御作用。     

硅促进水稻种子萌发及缓解幼苗砷毒性的效应研究

通过As~(Ⅲ)胁迫下水稻种子的发芽试验和幼苗毒性试验,研究了外源硅对水稻种子发芽率、幼苗生长的影响及其缓解幼苗砷毒性的效应。外源硅的2种处理方式为种子萌发时添加外源硅(Si1)和采用硅处理液浸种(Si2)。结果表明,发芽时介质中As浓度达到10 mg·L~(-1)时显著抑制水稻种子萌发(P0.05),发芽率仅为80%,但是Si1和Si2处理下发芽率则提高到97%和100%,这说明外源硅可促进砷胁迫下水稻种子萌发;砷浓度≥5 mg·L~(-1)时,Si1和Si2处理均可提高水稻的相对幼苗高度和根耐性指数,提高幅度分别为6.00%~16.8%和57.9%~77.0%、7.10%~23.5%和54.2%~61.2%,并且降低了水稻幼苗砷含量,降低幅度分别为17.8%~21.4%和31.0%~49.1%。这说明外源硅处理可促进砷胁迫下水稻幼苗的生长;不同砷浓度处理与水稻芽长、根长及幼苗干重之间存在"S"型的剂量-效应关系,且外源硅显著提高了相应的EC50,缓解了砷对水稻幼苗生长的毒性。综上所述,砷胁迫下水稻种子萌发时添加外源硅或采用硅处理液浸种均可促进水稻种子萌发和幼苗生长,并降低了幼苗砷累积和缓解砷对水稻幼苗的毒性。     

磺化石墨烯对小麦幼苗生长及生理生化指标的影响

随着石墨烯生产量和使用量的不断增大,其对生态环境的风险逐渐引起了环境学家的关注。采用水培试验,探究了磺化石墨烯(SGO)对小麦幼苗的生长、抗氧化酶活性及脂质过氧化的影响。结果表明:在培养10 d后,低浓度磺化石墨烯对小麦根系的生长有显著促进作用(P0.05),200 mg·L-1浓度处理与对照处理相比提高了84.3%,随着浓度增加促进作用逐渐减弱,1 000 mg·L-1时与对照相比提高了19.9%。但对小麦地上部的生长没有影响。磺化石墨烯处理的小麦幼苗根系和叶片组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及丙二醛(MDA)都呈现先下降后上升的趋势。当磺化石墨烯浓度低于200 mg·L-1时,处理组小麦抗氧化酶的活性及MDA含量相对于对照处理大都有所降低,说明低浓度时磺化石墨烯没有对小麦的生长产生氧化胁迫,这与磺化石墨烯可能具有一定的抗氧化能力有关,而高浓度时由于产生氧化胁迫使各项生理生化指标逐渐上升。本实验结果为石墨烯材料对植物的毒理学研究提供了基础数据。     

铜与草甘膦复合污染对小麦种子发芽与根伸长的抑制作用

污染物的交互作用及其生态毒理效应已成为环境科学研究的重要方向.论文以小麦种子为供试作物,研究了重金属铜(Cu2+)与除草剂草甘膦复合污染对其发芽率以及发芽后的根长、芽长的影响,以表征Cu与草甘膦复合污染的生态毒性.研究结果表明,在实验浓度下,Cu2+单一污染对小麦发芽率没有明显的影响,对根伸长和芽长的抑制显著;而草甘膦单一污染对小麦发芽、根伸长和芽长均有明显的抑制效应.当Cu2+与草甘膦复合污染时,Cu2+的存在在一定程度上减弱了草甘膦对小麦发芽及芽长的抑制作用;而在根伸长实验中,在低草甘膦浓度条件下,Cu2+的存在在一定程度上增加了草甘膦对根伸长的抑制作用;在较高草甘膦浓度条件下,Cu2+的存在则降低了草甘膦对根伸长的抑制作用.Cu2+的存在减轻草甘膦对小麦毒性的可能原因是:草甘膦与Cu2+络合形成了毒性较小的稳定络合物,使草甘膦毒性降低或失去活性.     

ZnO NPs对水培小麦(Triticum aestivum L)种子不同发育阶段的影响

氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)是目前应用最为广泛的纳米材料之一,已有研究表明其对生物体具有显著的毒性效应。为了研究ZnO NPs的毒性与种子发育阶段的关系,选择小麦(Triticum aestivum L)作为受试植物,将处于不同发育阶段的小麦种子置入ZnO NPs悬浮液中进行培养,研究了ZnO NPs对水培小麦种子不同发育阶段的影响。结果表明,虽然ZnO NPs对处于吸胀阶段、萌动阶段和发芽阶段的小麦都可以产生毒性,但是毒性的大小随小麦发育阶段的不同而表现出明显的差异(P0.05)。在60 mg·L-1暴露浓度下,用ZnO NPs对处于吸胀阶段、萌动阶段和发芽阶段的小麦种子进行处理,小麦根长的抑制率分别为37.8%、80.2%和95.7%;就萌动阶段和发芽阶段而言,ZnO NPs的毒性与其浓度有关,浓度越大毒性越大,即具有显著的浓度效应。上述研究结果对于全面准确地评价ZnO NPs毒性具有重要的意义。